过渡金属作用下的金刚石石墨化机理研究

来源：机械工程学报杂志2016年第20期北京时间：

作者：郭晓光, 刘涛, 翟昌恒, 苑泽伟, 金洙吉, 郭东明

单位：1. 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 大连 116023；；2. 沈阳工业大学机械工程学院 沈阳 110870

摘要：从电子和原子角度解释了过渡金属对金刚石石墨化催化作用的机理，即过渡金属具有空d轨道，并且在某一面上与金刚石(111)面原子符合对准原则。为了验证此结论，基于第一性原理建立铬、铁、钴、钛、铂、铝、铜原子与金刚石原子的作用模型，进行仿真计算，得到不同过渡金属对金刚石石墨化的影响规律。仿真结果表明：Cr、Fe、Co、Ti、Pt作用下的金刚石结构出现不同程度的石墨化现象，而Al、Cu作用下的金刚石无石墨化现象。不同金属作用下金刚石原子结构的平面度由小到大依次为铁、铬、钴、钛、铂、铝、铜;碳原子间方差由小到大依次为铁、铬、钴、铂、钛、铝、铜;系统能量变化由大到小的顺序依次为铁、铬、钴、铂、钛。通过比较，铁、铬、钴原子对金刚石石墨化具有明显的催化作用，铂、钛原子有一定的催化作用，而铝、铜原子则无催化作用。当金属具有空d轨道且与金刚石在一定面上符合对准原则，未配对电子越多，金属对金刚石石墨化的催化作用越强;反之，当金属价电子层无d轨道或d轨道电子是充满状态时，金属对金刚石石墨化无催化作用。该研究为利用金刚石石墨化机理刃磨金刚石刀具提供了理论基础。

关键词：第一性原理,对准原则,未配对电子,金刚石石墨化；

基金资助：* 国家自然科学基金(51575083)、创新研究群体科学基金(51321004)和国家重点基础研究发展计划(973计划，2011CB706704)资助项目; 20151021收到初稿，20160519收到修改稿;